水力構造物の凍結防止設計基準によれば、極寒地において重要かつ深刻な凍結にさらされ、修復が困難な構造物の部分にはF400コンクリートを使用することと定められている（コンクリートは400回の凍結融解サイクルに耐えられるものでなければならない）。この基準に基づき、黄溝揚水発電所の上部貯水池面ロックフィルダムの死水面より上の面スラブおよびつま先スラブ、上部貯水池の取水口および排水口の水位変動域、下部貯水池の取水口および排水口の水位変動域などにF400コンクリートを使用することと定められている。これまで、国内の水力発電業界でF400コンクリートが使用された前例はない。 F400コンクリートを製造するため、建設チームは国内の研究機関やコンクリート混和剤メーカーを多方面から調査し、専門企業に特別な研究を委託し、シリカフューム、空気連行剤、高効率減水剤などの材料を添加してF400コンクリートを製造し、黄溝揚水発電所の建設に適用した。
さらに、極寒地域では、水と接触するコンクリートにわずかなひび割れがあると、冬期に水がひび割れに浸透します。凍結融解サイクルが繰り返されると、コンクリートは徐々に劣化します。揚水発電所の上部貯水池の主ダムのコンクリート面スラブは、保水と浸透防止の役割を果たします。ひび割れが多いと、ダムの安全性が著しく低下します。黄溝揚水発電所の建設チームは、コンクリートの混合時に膨張剤とポリプロピレン繊維を添加することで、ひび割れの発生を減らし、面スラブコンクリートの耐凍害性をさらに向上させる耐ひび割れコンクリートを開発しました。
ダムのコンクリート面にひび割れが生じた場合はどうなるでしょうか？建設チームは、保護コーティングとして手作業で削り出したポリウレアを用いて、パネル表面に耐凍害ラインも設置しました。手作業で削り出したポリウレアは、コンクリートと水の接触を遮断し、表面スラブコンクリートの凍結融解による剥離損傷の進行を遅らせ、水中のその他の有害物質によるコンクリートの浸食も防ぎます。防水性、耐老化性、耐凍結融解性などの機能を備えています。
コンクリート面ロックフィルダムの表面スラブは一度に打設されるのではなく、セクションごとに構築されます。そのため、各パネルセクション間に構造的な接合部が生じます。一般的な漏水防止処理は、構造接合部にゴムカバープレートを被せ、拡張ボルトで固定することです。厳しい寒冷地では、冬季に貯水池エリアに厚い氷が付着し、露出した拡張ボルトの部分が氷層とともに凍結して、氷の引き抜きによる損傷を引き起こします。黄溝揚水発電所は、氷の引き抜きによる構造接合部の損傷の問題を解決するために、圧縮コーティングタイプの構造を革新的に採用しました。2021年12月20日、黄溝揚水発電所の第1号機が発電運転を開始しました。冬季運転により、この構造タイプが氷の引き抜きや凍結膨張によるパネル構造接合部の損傷を防ぐことができることが実証されました。
プロジェクトの建設をできるだけ早く完了するために、建設チームは冬期工事を実施しようと試みました。屋外での冬期工事はほぼ不可能ですが、揚水発電所の地下発電所、送水トンネル、その他の建物は地下深くに埋設されており、建設条件があります。しかし、冬期にコンクリートを打設するにはどうすればよいでしょうか? 建設チームは、地下空洞と屋外をつなぐすべての開口部に断熱ドアを設置し、ドアの内側に35kWの温風ファンを設置します。コンクリート混合システムは完全に密閉され、暖房設備は屋内に設置されます。混合前に、コンクリート混合システムを温水で洗浄します。冬期打設に必要なコンクリート土工量に応じて、冬期の粗骨材と細骨材の量を計算し、冬期前にトンネルに運び込んで保管します。建設チームはまた、混合前に骨材を加熱し、コンクリートを輸送するすべてのミキサートラックに「綿パッド入りの布」をかけて、コンクリート輸送中の温度が維持されるようにします。コンクリート打設後の初期硬化が終わったら、コンクリート表面を断熱キルトで覆い、必要に応じて電気毛布で暖房する。このようにして、建設チームは寒さが工事に与える影響を最小限に抑えた。
極寒地域における揚水発電所の安全な運転を確保する
揚水発電所が揚水や発電を行う際、上下貯水池の水位は常に変化します。寒い冬期には、揚水発電所が毎日運転を行うため、貯水池の中央に氷の層が形成され、その外側には砕氷帯が形成されます。氷の層は揚水発電所の運転に大きな影響を与えませんが、電力系統が揚水発電所の運転を長期間必要としない場合、上下貯水池が凍結する可能性があります。この場合、揚水発電所の貯水池には十分な水量があっても、大気との接触がないため水が流れず、強制運転は給水設備やユニットの機器・施設に安全上のリスクをもたらします。
建設チームは、揚水発電所の冬季運転モードに関する特別調査を実施しました。調査の結果、冬季における揚水発電所の安全運転を確保するには、系統運用が鍵となることが分かりました。寒冷な冬季には、少なくとも1基の発電ユニットが毎日8時間以上発電または揚水を行うことで、貯水池の完全な氷結を防ぐことができます。系統運用が上記の条件を満たせない場合は、防氷・砕氷対策を講じる必要があります。
現在、揚水発電所の貯水池やゲートウェルにおける防氷・砕氷対策としては、人工砕氷、高圧ガス注入、揚水による砕氷の3つの主要な方法がある。
人工砕氷法のコストは低いが、作業員の作業時間が長く、リスクが高く、安全事故が発生しやすい。高圧ガス注入法は、深層水中の空気圧縮機から噴射された圧縮空気を利用して強力な温水流を噴射し、氷層を溶かして新たな氷層の形成を防ぐ方法である。黄溝揚水発電所では、水中ポンプによる洗浄と砕氷の方法を採用しており、水中ポンプで深層水を汲み上げ、ジェットパイプの噴射孔から水を噴射して連続的な水流を作り、局所的な水面の凍結を防いでいる。
冬季運転時の揚水発電所におけるもう一つのリスクは、流路に氷が流れ込むことであり、これは水力タービンやその他の機械設備を損傷する可能性がある。黄溝揚水発電所の建設開始時に模型実験が行われ、流路に氷が流れ込む際の臨界速度は1.05m/sと算出された。流速を低減するため、黄溝揚水発電所では取水口と排水口を十分に大きく設計し、取水口と排水口の異なる高さに流速と温度の監視セクションを設置した。冬季の監視後、発電所の職員は流路に氷が流れ込むのを確認できなかった。
黄溝揚水発電所の準備期間は2016年1月から始まりました。第1号機は2021年12月20日に発電を開始し、最終号機は2022年6月29日に発電を開始します。プロジェクトの総建設期間は6年半です。黄溝揚水発電所は極寒地帯に位置しているため、中国の同種の揚水発電所プロジェクトと比較して建設期間が遅れていません。厳しい冬の試練を経験した黄溝揚水発電所のすべての水力構造物、設備、施設は正常に稼働しています。特に、上部貯水池のコンクリート面ロックフィルダムの背後の最大漏水量はわずか4.23L/sで、漏水指数は中国の同規模の土石ダムの中でトップレベルです。ユニットはすぐに起動し、迅速に反応し、安定して稼働します。東北電力網の夏季、冬季、および重要な祝祭日におけるピーク需要に対応し、東北電力網の安全かつ安定した運用を確保する。
投稿日時：2022年11月17日
